雙季早晚稻不同發(fā)育階段日數(shù)對溫度變化的敏感性比較*

王治海，金志鳳，鄔定榮，毛智軍，陳中赟

?

雙季早晚稻不同發(fā)育階段日數(shù)對溫度變化的敏感性比較*

王治海1，金志鳳1，鄔定榮2**，毛智軍3，陳中赟4

（1．浙江省氣候中心，杭州 310017；2．中國氣象科學(xué)研究院，北京 100081；3．龍游縣氣象局，衢州 324400；4．湖州市氣象局，湖州 313000）

基于1981-2010年長江中下游地區(qū)38個(gè)農(nóng)業(yè)氣象觀測站雙季早、晚稻發(fā)育期及同期逐日氣象數(shù)據(jù)，結(jié)合水稻特性將發(fā)育期劃分為出苗-移栽、移栽-返青、返青-孕穗、孕穗-成熟4個(gè)主要發(fā)育階段，比較雙季早、晚稻不同發(fā)育階段日數(shù)對溫度變化的相對敏感性，以探究不同作物、不同發(fā)育期對氣候變化響應(yīng)的差異。結(jié)果表明：水稻各發(fā)育階段日數(shù)隨溫度升高基本呈減少趨勢，但相對敏感性差異較大。早稻返青-孕穗期日數(shù)對溫度變化最敏感，相對敏感性平均為?0.094個(gè)點(diǎn)·℃?1（P<0.05），晚稻孕穗-成熟期日數(shù)對溫度變化最不敏感，相對敏感性平均為?0.045個(gè)點(diǎn)·℃?1（P<0.05）。相同發(fā)育階段內(nèi)，返青前晚稻對溫度變化更敏感，返青后早稻更敏感。除移栽-返青期外，兩種作物其它營養(yǎng)生長階段敏感性均強(qiáng)于生殖生長。相對敏感性與階段日數(shù)變異系數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，日數(shù)波動越大，階段日數(shù)隨溫度升高而減少越明顯，尤以早稻返青-孕穗期相關(guān)系數(shù)達(dá)?0.761（P<0.001）。

氣候變暖；發(fā)育階段日數(shù)；相對敏感性；水稻；長江中下游地區(qū)

IPCC第五次評估報(bào)告指出，1880-2012年全球平均地表溫度上升了0.85℃，1951-2012年增溫速率接近1880年以來的兩倍[1]。氣候變暖使作物生長季內(nèi)的光溫水等氣候資源發(fā)生變化，進(jìn)而影響作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成[2-3]。作物生長模型是研究氣候變化對作物產(chǎn)量影響的主要工具，但不同模型在模擬產(chǎn)量時(shí)存在較大的不確定性，其生育期模塊采用的溫度響應(yīng)曲線的差異是不確定性的主要來源[4]。因此，科學(xué)分析作物發(fā)育期對氣候變化的響應(yīng)機(jī)制是提高作物生長模型預(yù)測產(chǎn)量精度的關(guān)鍵，對制定農(nóng)業(yè)發(fā)展策略、保障糧食安全具有重要意義。

目前，圍繞氣候變暖對大宗作物物候的影響研究取得了不少成果。針對水稻作物，李正國等[5-6]分別在東北、華北稻區(qū)的研究表明，溫度升高引起水稻播種和移栽日期提前、生育期延長的趨勢；但也有學(xué)者在緯度較低的華中[7]、華南[8]以及江淮地區(qū)[9]研究發(fā)現(xiàn)，水稻生育期因增溫而縮短，但縮短速率存在區(qū)域差異。圍繞麥類作物，肖登攀等[10]發(fā)現(xiàn)華北冬小麥營養(yǎng)生長階段以7.4d·10a?1的速率縮短，而生殖生長階段以1.7d·10a?1的速率延長，即氣候變化對不同發(fā)育階段日數(shù)的影響不同；蔣菊芳等[11]對河西走廊春小麥的物候研究也有類似結(jié)論，三葉-抽穗、拔節(jié)-開花期分別以0.3d·10a?1、0.26d·10a?1的速率縮短，而孕穗-乳熟期以0.23d·10a?1的速率延長。對于玉米作物，孟林等[12]指出，平均氣溫每升高1℃，華北夏玉米全生育期和生殖生長期分別縮短2.7d、1.1d。以上研究均通過發(fā)育階段絕對變化日數(shù)，反映不同糧食作物物候期對氣候變化的響應(yīng)情況。但受地域、品種、種植制度差異的影響，不同地區(qū)、不同作物的不同發(fā)育期對氣候變暖的響應(yīng)不一致。溫度每升高1℃，經(jīng)歷天數(shù)較多的發(fā)育階段其絕對變化日數(shù)可能比天數(shù)短的發(fā)育期更多。此外，各地區(qū)為適應(yīng)氣候變暖對作物播期的調(diào)整也可引起生育期天數(shù)的變化。因此，基于絕對速率的敏感性不適于直接比較不同地區(qū)、不同作物、不同生育期的溫度敏感性。對此，高靜等[13]提出相對敏感性的概念，分析了華北冬小麥不同發(fā)育階段日數(shù)對溫度變化的敏感性。理論上，該指標(biāo)可用于比較不同作物、不同發(fā)育階段之間的溫度敏感性。

水稻是中國最重要的糧食作物之一，長江中下游地區(qū)是中國最大的水稻產(chǎn)區(qū)[14]。水稻因種植制度不同，可分為雙季早稻和雙季晚稻，兩者生長發(fā)育對溫度變化的敏感性可能存在一定差異。此外，水稻移栽容易導(dǎo)致秧苗根系損傷，推遲整個(gè)發(fā)育進(jìn)程，這種影響也可能會在溫度敏感性上體現(xiàn)。因此，本研究擬以長江中下游移栽雙季稻為研究對象，利用相對敏感性分析方法，比較雙季早、晚稻不同發(fā)育階段日數(shù)對溫度變化的相對敏感性及其區(qū)域性差異，以期為氣候變化背景下作物生育期管理、合理布局和制定適應(yīng)性政策等提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

長江中下游地區(qū)包括江蘇、安徽、浙江、江西、湖北、湖南、上海7?。ㄊ校貏菸鞲邧|低，以平原和低山丘陵為主。地處亞熱帶溫暖濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱同期且降水充沛，年平均氣溫14～18℃，年降水量1000～1500mm，無霜期210～270d，10℃以上活動積溫達(dá)4500～5000℃·d[15]。根據(jù)水稻種植區(qū)劃[16]，整個(gè)區(qū)域在1981-2010年內(nèi)以雙季稻為主[17]。

1.2 資料

選取1981-2010年長江中下游地區(qū)連續(xù)10a以上有雙季早、晚稻移栽種植的38個(gè)農(nóng)業(yè)氣象觀測站（圖1），各站早稻和晚稻均有25a觀測記錄。發(fā)育期資料包括雙季稻出苗、移栽、返青、孕穗、成熟日期；氣象資料為與農(nóng)業(yè)氣象觀測站對應(yīng)的38個(gè)氣象站1981-2010年的逐日平均氣溫。發(fā)育期和氣象數(shù)據(jù)均來源于國家氣象信息中心。

1.3 方法

多數(shù)作物的全生育期一般可分為營養(yǎng)生長（出苗-孕穗）和生殖生長（孕穗-成熟）兩個(gè)階段，但與直播作物不同的是，移栽水稻的營養(yǎng)生長階段增加了移栽和返青兩個(gè)生育期。移栽可以延長水稻生育期，并通過控制田間密度以保證穗粒數(shù)，利于提高產(chǎn)量。但移栽也可引起水稻根系損傷，損傷程度因秧苗特性和天氣條件的不同而異，輕則水分失衡重則死亡[18]。移栽后下一個(gè)生育階段為返青，移栽-返青階段水稻生長對低溫環(huán)境敏感，溫度過低容易延遲秧苗返青甚至不能返青[19]。由此可見，移栽和返青是移栽水稻對環(huán)境溫度要求較為特別的生育期，需要從營養(yǎng)生長階段單獨(dú)劃分出來進(jìn)行分析。本研究將移栽水稻整個(gè)生育期劃分為4個(gè)主要階段，依次為出苗-移栽（E-T）、移栽-返青（T-R）、返青-孕穗（R-B）、孕穗-成熟（B-M）。前3個(gè)階段是營養(yǎng)生長階段，后1個(gè)是生殖生長階段。

圖1 長江中下游地區(qū)38個(gè)雙季稻農(nóng)業(yè)氣象觀測站點(diǎn)分布

以往研究中，作物發(fā)育期的溫度敏感性多以階段日數(shù)受溫度影響的絕對變化量來表達(dá)[20]。但絕對變化速率受該發(fā)育階段長度影響，無法用于不同作物、不同發(fā)育期之間的溫度敏感性比較。為此，高靜等[13]提出了相對敏感性的概念，即發(fā)育階段相對日數(shù)與同期日平均氣溫的線性回歸關(guān)系，計(jì)算式為

式中，D為某站水稻完成某發(fā)育階段日數(shù)（d），Daver為該站水稻完成該發(fā)育階段日數(shù)的多年平均值（d），T為同期日平均氣溫（℃），a、b為待定參數(shù)，其中b值為該發(fā)育階段日數(shù)對溫度變化的相對敏感性（個(gè)點(diǎn)·℃-1）。由于采用的是發(fā)育日數(shù)的相對值，理論上該指標(biāo)可用于比較不同作物以及同一作物不同發(fā)育階段之間的溫度敏感性差異。

利用C#計(jì)算機(jī)編程語言,統(tǒng)計(jì)各站點(diǎn)4個(gè)主要發(fā)育階段日數(shù)及同期日平均氣溫，基于最小二乘法擬合式（1）中的參數(shù)b。借用SPSS軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)分析，基于ArcGIS軟件繪制各站點(diǎn)的平均氣溫、階段日數(shù)以及相對敏感性的空間分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 雙季早稻、晚稻主要發(fā)育階段平均氣溫的變化

1981-2010年統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，長江中下游地區(qū)雙季早稻整個(gè)生育期（4-7月）歷年平均氣溫在22.2～24.7℃。由圖2a1-a4可見，出苗-移栽期（4-5月）歷年平均氣溫在16.1～20.0℃，平均18.2℃，相對較低；移栽-返青期（5月）歷年平均氣溫在18.5～22.7℃，平均21.2℃；返青-孕穗期（5-6月）歷年平均氣溫在22.1～24.9℃，平均23.5℃；孕穗-成熟期（6-7月）歷年平均氣溫在26.3～28.7℃，平均27.6℃。分析各站點(diǎn)關(guān)鍵生育期平均氣溫線性變化趨勢可知，34.2%的站點(diǎn)雙季早稻孕穗-成熟期平均氣溫呈顯著升高趨勢，這些站點(diǎn)平均增溫速率為1.11℃·10a?1（P<0.05），其它生育期內(nèi)也有不同比例站點(diǎn)的平均氣溫呈現(xiàn)顯著線性升高趨勢，其中出苗-移栽期和返青-孕穗期顯著增溫的站點(diǎn)比例分別為21.1%（P<0.05）、15.8%（P<0.05），而移栽-返青期僅有5.3%的站點(diǎn)增溫趨勢顯著（P<0.05）。

雙季晚稻整個(gè)生育期（6-10月）歷年平均氣溫在23.4～27.1℃。由圖2b1-b4可見，出苗-移栽期（6-7月）歷年平均氣溫在27.0～29.7℃，平均28.4℃；移栽-返青期（7月）歷年平均氣溫在28.0～31.0℃，平均29.2℃；返青-孕穗期（7-9月）歷年平均氣溫在26.3～29.4℃，平均28.0℃；孕穗-成熟期（9-10月）歷年平均氣溫在18.7～23.9℃，平均22.1℃，相對較低。分析各站點(diǎn)雙季晚稻關(guān)鍵生育期平均氣溫線性變化趨勢可知，63.2%的站點(diǎn)孕穗-成熟期增溫趨勢顯著，氣溫平均升高速率為1.05℃·10a?1（P<0.05），該階段變暖特征最明顯；出苗-移栽期次之，36.8%的站點(diǎn)平均氣溫呈顯著升高趨勢，平均增溫速率為0.89℃·10a?1（P<0.05）；返青-孕穗期和移栽-返青期增溫趨勢通過0.05水平顯著性檢驗(yàn)的站點(diǎn)僅占13.2%和2.6%。

2.2 雙季早稻、晚稻主要發(fā)育階段持續(xù)日數(shù)的變化

1981-2010年統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，長江中下游地區(qū)雙季早稻全生育期持續(xù)日數(shù)在97.6～117.7d，平均104.6d。由圖3a1-a4可見，返青-孕穗期持續(xù)日數(shù)最長，平均40.2d；孕穗-成熟期次之，平均34.0d；出苗-移栽期持續(xù)日數(shù)平均為25.8d；移栽-返青期最短，平均4.6d。分析區(qū)域內(nèi)各關(guān)鍵發(fā)育階段持續(xù)日數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢可知，28.9%的站點(diǎn)出苗-移栽期持續(xù)日數(shù)呈顯著減少趨勢，平均線性傾向率為-4.57d·10a?1（P＜0.05）；而返青-孕穗期有26.3%站點(diǎn)的持續(xù)日數(shù)呈顯著增加趨勢，平均線性傾向率為5.84d·10a?1（P＜0.05）；孕穗-成熟期和移栽-返青期持續(xù)日數(shù)顯著變化的站點(diǎn)比例為34.2%、29.0%，其線性傾向率變化范圍分別為-10.00～4.32d·10a?1（P＜0.05）、-2.64～1.61d·10a?1（P＜0.05），其中為正值的站點(diǎn)分別占61.5%、36.4%，即這兩個(gè)階段的持續(xù)日數(shù)有增加也有減少趨勢，但無明顯的區(qū)域分布特征。

圖2 1981-2010年雙季早稻、晚稻4個(gè)關(guān)鍵發(fā)育階段各站點(diǎn)平均氣溫及其線性變化趨勢

Note: E-T is the stage from emergence to transplanting, T-R is the stage from transplanting to reviving, R-B is the stage from reviving to booting and B-M is the stage from booting to mature. The same as below

雙季晚稻全生育期日數(shù)為106.6～135.5d，平均119.8d。由圖3b1-b4可見，孕穗-成熟期持續(xù)日數(shù)最長，平均48.5d；返青-孕穗期次之，平均38.7d；出苗-移栽期持續(xù)日數(shù)平均為28.7d；移栽-返青期最短，平均3.9d。分析各站點(diǎn)關(guān)鍵發(fā)育階段持續(xù)日數(shù)的線性變化趨勢可知，63.2%的站點(diǎn)出苗-移栽期持續(xù)日數(shù)呈顯著減少趨勢，平均線性傾向率為?5.83d·10a?1（P<0.05）；孕穗-成熟期內(nèi)有36.8%的站點(diǎn)持續(xù)日數(shù)減少趨勢顯著，平均線性傾向率為?4.10d·10a?1（P<0.05）；而在返青-孕穗期，34.2%的站點(diǎn)持續(xù)日數(shù)呈顯著增加趨勢，平均線性傾向率為3.84d·10a?1（P<0.05）；移栽-返青期持續(xù)日數(shù)的線性變化趨勢通過顯著性檢驗(yàn)站點(diǎn)比例達(dá)42.1%，線性傾向率在?1.71～1.10d·10a?1（P<0.05），為負(fù)值的站點(diǎn)約占50%，即該階段日數(shù)有縮短也有延長趨勢，但無明顯的區(qū)域分布特征，這與各地移栽時(shí)間差異較大有關(guān)。

2.3 早晚稻發(fā)育階段持續(xù)日數(shù)對溫度變化的相對敏感性分析

2.3.1 相對敏感性比較

由圖4可見，多數(shù)通過顯著性檢驗(yàn)站點(diǎn)的各生育階段日數(shù)對溫度變化的相對敏感性均為負(fù)值，主要是溫度升高加快了作物發(fā)育速率，導(dǎo)致發(fā)育階段日數(shù)隨之減少。但同一作物不同發(fā)育階段相對敏感性大小各不相同，同一發(fā)育期內(nèi)不同作物的相對敏感性也存在一定差異。早稻返青-孕穗期相對敏感性最強(qiáng)，區(qū)域波動較大，39.5%的站點(diǎn)通過顯著性檢驗(yàn)，這些站點(diǎn)的相對敏感性在?0.204～?0.042個(gè)點(diǎn)·℃?1（P<0.05），平均?0.094個(gè)點(diǎn)·℃?1（P<0.05），即溫度每升高1℃，階段日數(shù)平均減少9.4%；晚稻出苗-移栽期有42.1%的站點(diǎn)通過顯著性檢驗(yàn)，相對敏感性在?0.162～?0.040個(gè)點(diǎn)·℃?1（P<0.05），平均?0.093個(gè)點(diǎn)·℃?1（P<0.05）；早稻出苗-移栽期內(nèi)，52.6%的站點(diǎn)通過顯著性檢驗(yàn)，相對敏感性在?0.123～0.048個(gè)點(diǎn)·℃?1（P<0.05），平均?0.061個(gè)點(diǎn)·℃?1（P<0.05），其中僅浙江嘉興相對敏感性為正值（P<0.05）；早稻移栽-返青與孕穗-成熟期相對敏感性平均值相近，在?0.053個(gè)點(diǎn)·℃?1左右（P<0.05），但通過顯著性檢驗(yàn)站點(diǎn)比例不同，分別為31.6%、60.5%，相對而言，早稻移栽-返青期相對敏感性在區(qū)域內(nèi)較不穩(wěn)定；晚稻孕穗-成熟期68.4%的站點(diǎn)通過顯著性檢驗(yàn)，相對敏感性在?0.110～?0.021個(gè)點(diǎn)·℃?1（P<0.05），平均?0.045個(gè)點(diǎn)·℃?1（P<0.05），相對敏感性較弱，區(qū)域內(nèi)波動較小；晚稻返青-孕穗期相對敏感性通過顯著性檢驗(yàn)站點(diǎn)的比例為18.4%，相對敏感性在?0.072～0.141個(gè)點(diǎn)·℃?1（P<0.05），平均0.021個(gè)點(diǎn)·℃?1（P<0.05），其中僅江西的宜豐和樟樹、浙江的椒江和金華相對敏感性為正值（P<0.05）；而晚稻移栽-返青期內(nèi)僅浙江紹興站相對敏感性通過了0.05水平的顯著性檢驗(yàn)。

圖3 1981-2010年雙季早稻、晚稻4個(gè)關(guān)鍵發(fā)育階段各站點(diǎn)持續(xù)日數(shù)及其線性變化趨勢

從全區(qū)平均情況看，早稻返青-孕穗期階段日數(shù)對溫度變化最敏感，晚稻孕穗-成熟期最不敏感。晚稻移栽-返青期和返青-孕穗期的相對敏感性通過顯著性檢驗(yàn)的站點(diǎn)比例較小，敏感性在區(qū)域內(nèi)均不穩(wěn)定。針對同一作物，移栽-返青期較其它階段相對敏感性最不穩(wěn)定，期間水稻生長發(fā)育對低溫敏感[21]，加上該階段日數(shù)較短且受農(nóng)戶決策影響較大，因此，溫度升高對該階段日數(shù)的影響相對較小。

2.3.2 相對敏感性差異分析

為探究不同作物、不同發(fā)育階段對溫度變化相對敏感性差異的原因，統(tǒng)計(jì)雙季早稻、晚稻相對敏感性通過顯著性檢驗(yàn)站點(diǎn)的不同發(fā)育階段日數(shù)的變異系數(shù)，分析相對敏感性與變異系數(shù)的相關(guān)關(guān)系。

圖4 雙季早晚、晚稻4個(gè)關(guān)鍵發(fā)育階段日數(shù)對溫度變化相對敏感性的空間分布

注： ?表示相對敏感性通過0.05水平的顯著性檢驗(yàn)

Note: ? is P<0.05

如圖5所示，除早稻移栽-返青期外，各階段相對敏感性均與持續(xù)日數(shù)變異系數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即持續(xù)日數(shù)波動越大，相對敏感性為負(fù)的絕對值越大，階段日數(shù)隨溫度升高而減少越明顯。這種關(guān)系以早稻返青-孕穗期最突出，相關(guān)系數(shù)絕對值最大，回歸關(guān)系通過了0.001水平的顯著性檢驗(yàn)，變異系數(shù)較大，平均為0.14（P<0.05）；早稻和晚稻的出苗-移栽期次之，相關(guān)系數(shù)在?0.60左右（P<0.05）；早稻和晚稻的孕穗-成熟期相關(guān)系數(shù)約?0.50（P<0.05），日數(shù)變異系數(shù)在0.10左右（P<0.05），波動較小。晚稻移栽-返青及返青-孕穗期的相對敏感性通過顯著性檢驗(yàn)的站點(diǎn)較少，區(qū)域穩(wěn)定性很弱，相關(guān)系數(shù)也均未通過顯著性檢驗(yàn)。

由上可見，各發(fā)育階段對溫度變化的相對敏感性與階段日數(shù)變異系數(shù)的相關(guān)性從強(qiáng)到弱排序?yàn)榉登?孕穗期＞出苗-移栽期＞孕穗-成熟期，這與其相對敏感性的對比結(jié)果基本一致。因此，各發(fā)育階段日數(shù)的變化差異可以在一定程度反映發(fā)育階段間的相對敏感性差異。這主要因?yàn)闇囟葪l件的區(qū)域差異可引起不同站點(diǎn)內(nèi)同一作物同一發(fā)育階段日數(shù)的不同，而發(fā)育階段日數(shù)的差異反過來影響該階段的平均溫度。早稻和晚稻的移栽-返青期相對敏感性與階段日數(shù)變異系數(shù)相關(guān)性均未通過顯著性檢驗(yàn)，但該階段日數(shù)變異系數(shù)大于其它階段，表明該階段相對敏感性可能還受別的因素影響。移栽是水稻種植的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，適宜的移栽期有利于提高有效穗數(shù)和產(chǎn)量。水稻適宜移栽期除了受溫度的直接影響外，還受降水和日照影響。此外，土壤特性、品種更替、災(zāi)害防御等因素也可造成各地移栽期的不同[22]。因此，該階段敏感性是環(huán)境、品種、農(nóng)戶決策等多種因素綜合作用的結(jié)果。

圖5 雙季早稻、晚稻不同發(fā)育階段相對敏感性與階段日數(shù)變異系數(shù)的相關(guān)性分析

注： 圖中所有站點(diǎn)相對敏感性均通過0.05水平的顯著性檢驗(yàn)。晚稻移栽-返青及返青-孕穗相對敏感性通過顯著性檢驗(yàn)站點(diǎn)較少，且相關(guān)性不顯著（圖略）

Note: The relative sensitivity of the stations was significant (P<0.05). There existed few staions whose relative sensitivity was significant (P<0.05) during T-R and R-B of late rice and its relationship was not significant (Figure was omitted)

3 結(jié)論與討論

（1）歷史資料統(tǒng)計(jì)分析表明，長江中下游地區(qū)雙季早、晚稻4個(gè)關(guān)鍵發(fā)育階段平均氣溫隨時(shí)間均呈升高趨勢，但增溫特征不均勻。早稻和晚稻的孕穗-成熟期增溫最明顯，氣溫平均升高速率均超過1.0℃·10a?1，水稻移栽前后增暖不明顯。氣候變化背景下，早稻和晚稻的出苗-移栽持續(xù)日數(shù)呈線性減少趨勢，這與同類研究成果基本一致[23]。而早稻和晚稻的返青-孕穗期持續(xù)日數(shù)均呈增加趨勢，這可能是由不同品種生長的最適宜溫度的差異所致。同一溫度條件下，有的品種最適宜生長，生長速度快，階段日數(shù)減少，但同樣溫度條件有可能就超出了其它品種的最適溫度范圍，導(dǎo)致發(fā)育速率隨溫度升高而降低，完成該發(fā)育階段所需日數(shù)反而增加[24]。

（2）不同作物、不同發(fā)育階段的持續(xù)日數(shù)對溫度變化的相對敏感性存在一定差異，其中早稻返青-孕穗期對溫度變化最敏感，相對敏感性平均為?0.094個(gè)點(diǎn)·℃?1（P<0.05），晚稻孕穗-成熟期最不敏感，相對敏感性平均為?0.045個(gè)點(diǎn)·℃?1（P<0.05）。在同一發(fā)育階段，返青前晚稻更敏感，返青后早稻敏感性更強(qiáng)；對于同一作物，除移栽-返青期外，其它營養(yǎng)生長階段日數(shù)對溫度變化的敏感性均強(qiáng)于生殖生長，這與前人研究結(jié)果一致[25]。由此可見，基于相對敏感性可以較準(zhǔn)確地反映雙季早稻、晚稻不同階段日數(shù)對溫度變化的敏感性差異，印證了該方法在比較不同作物、不同發(fā)育階段對溫度變化的敏感性中的可行性。

（3）雙季早稻、晚稻主要發(fā)育階段相對敏感性與持續(xù)日數(shù)變異系數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，持續(xù)日數(shù)波動越大，相對敏感性為負(fù)的絕對值越大，階段日數(shù)隨溫度升高而減少越明顯，這種關(guān)系以早稻返青-孕穗期最突出。影響階段日數(shù)變化的因素除了溫度條件，可能還包括品種更替和農(nóng)戶決策等。從災(zāi)害防御實(shí)踐上看，雙季早稻有秧田期低溫和孕穗抽穗期高溫，雙季晚稻有孕穗抽穗期低溫和灌漿成熟期高溫。通過調(diào)整播期可以避免低溫影響，針對高溫危害防御，水稻種植則可移向高海拔山區(qū)或選擇耐高溫型晚熟品種[26]，由此造成同一階段日數(shù)的區(qū)域差異。與此同時(shí)，階段日數(shù)的不同也反過來影響發(fā)育期溫度條件的區(qū)域差異。因此，環(huán)境、品種、農(nóng)戶決策等多種影響因素的共同相互作用可能是相對敏感性無明顯空間分布特征的原因。

晚稻返青-孕穗期的相對敏感性統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，該生育階段日數(shù)隨溫度升高而增加的現(xiàn)象在研究區(qū)域不普遍，但與其它發(fā)育階段相比仍較突出，這可能與品種更替適應(yīng)氣候變化有關(guān)。隨著氣候變暖，各地種植的水稻品種逐漸由早熟型向晚熟型方向轉(zhuǎn)變。水稻品種更替可以降低作物營養(yǎng)生長階段的基本早熟性，抵消溫度升高對水稻生育期的負(fù)面影響，穩(wěn)定或延長了水稻的生育期天數(shù)[27]，引起該階段日數(shù)對溫度變化敏感性不明顯。對于晚稻移栽-返青期，僅1個(gè)站點(diǎn)相對敏感性通過了顯著性檢驗(yàn)，區(qū)域內(nèi)該階段日數(shù)對溫度變化不敏感。在水稻模型ORYZA2000的發(fā)育期模塊中，移栽后水稻生長將停滯一段時(shí)間，期間發(fā)育速率定為0℃·d，該階段秧苗發(fā)育進(jìn)程對溫度變化不敏感[28]，本研究結(jié)果與之符合。此外，移栽期受農(nóng)戶決策影響較大，使得移栽-返青期溫度敏感性不顯著且不穩(wěn)定。

準(zhǔn)確刻畫作物生長發(fā)育對溫度變化的響應(yīng)是提高作物生長模型對產(chǎn)量模擬精準(zhǔn)度的關(guān)鍵。Wang等[29]指出，大多數(shù)作物生長模型對產(chǎn)量模擬的不確定可用發(fā)育速率與溫度變化的關(guān)系來解釋，通過改進(jìn)作物生長發(fā)育對溫度變化的響應(yīng)機(jī)制，產(chǎn)量模擬誤差可明顯降低。光溫水條件、種植制度、品種分布等在時(shí)空上發(fā)生了不同程度的變化，影響著作物生長發(fā)育對氣候變化的響應(yīng)[30]。本研究僅考慮了平均氣溫這一主要環(huán)境因子，尚不能充分反映品種、地形、土壤、氣候等因素對作物發(fā)育期的綜合影響。因此，作物發(fā)育期對氣候變化的敏感性研究還需要結(jié)合多種因子的影響進(jìn)一步完善，為提高作物模型模擬精度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適應(yīng)能力提供科學(xué)參考。

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Comparison of Temperature Sensitivity During Different Development Stages for Double-season Early and Late Rice

WANG Zhi-hai1, JIN Zhi-feng1, WU Ding-rong2, MAO Zhi-jun3, CHEN Zhong-yun4

(1. Zhejiang Climate Center, Hangzhou 310017, China; 2. Chinese Academy of Meteorological Sciences, Beijing 100081；3. Meteorological Bureau of Longyou, Quzhou 324400; 4. Meteorological Bureau of Huzhou, Huzhou 313000)

In order to explore responses of different crops’ different development stages to climate change, the relative sensitivities of growth duration to temperature of early and late rice in 38 agrometeorological observation stations during 1981-2010 in the Middle-Lower Yangtze Plain were calculated. Both early and late rice’s growth stages were divided into four stages, i.e., emergence to transplanting(E-T), transplanting to reviving(T-R), reviving to booting(R-B) and booting to mature(B-M). Results showed that growth duration decreased with temperature increasing, but its relative sensitivity varied much between all the four stages. The R-B period of early rice was the most sensible to temperature with average relative sensitivity value of ?0.094 point·℃?1(P<0.05). The B-M period was less sensible than others, with average value of ?0.045 point·℃?1(P<0.05). For the same stage, duration of late rice was more sensible to temperature than early rice before reviving, but was less sensible after reviving. For the two crops, the vegetative growth was more sensible than reproductive growth except T-R period. Further analysis showed that the relative sensitivity was negatively correlated with variation coefficient of duration, indicating in such stations where growth duration varied substantially, the duration would decreased more sharply under warmer condition, especially in the R-B period of early rice, whose correlation coefficient was ?0.761 (P<0.001).

Warming; Growth duration; Relative sensitivity to temperature; Rice; Middle-Lower Yangtze Plain

10.3969/j.issn.1000-6362.2018.03.006

王治海,金志鳳,鄔定榮,等.雙季早晚稻不同發(fā)育階段日數(shù)對溫度變化的敏感性比較[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2018,39(3):185-194

收稿日期：2017-07-07

通訊作者。E-mail:wudr@camscma.cn

浙江省重點(diǎn)科技專項(xiàng)（2015C02048）；浙江省氣象局重點(diǎn)專項(xiàng)（2016ZD09）；華東區(qū)域氣象科技協(xié)同創(chuàng)新基金（QYHZ201609）

王治海（1988-），碩士，工程師，主要從事農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)相關(guān)工作。E-mail:shan_huhai@163.com